Анотація до роботи:

Товкач Ф.І. Лізогенія і бактеріофаги Erwinia carotovora. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.06 – вірусологія. – Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К.Заболотного НАН України, Київ, 2002.

В роботі визначено природу лізогенії, виявлено і досліджено помірні та вірулентні бактеріофаги важливих фітопатогенних бактерій Erwinia carotovora, збудників м’якої гнилі рослин.

Вперше доведено, що дефектна лізогенія – видова ознака E.carotovora. При експресії генів дефектних профагів ервіній не утворюється цілісних віріонів. SOS-індукція клітин супроводжується синтезом окремих компонентів фагових часток – головок, базальних пластинок і хвостових відростків. Лізогенія пектолітичних ервіній проявляється через бактеріоциногенність. Бактеріоцини типу фагових хвостових відростків (макромолекулярні каротоворіцини) виступають основними кілерними факторами щодо споріднених бактерій.

Встановлено, що помірний бактеріофаг ZF40 із родини Myoviridae (морфотип А1) обумовлює справжню лізогенію у E.carotovora. Порівняння двох помірних, гетероімунних ервініафагів 49 і 59 (морфотип В1) підтвердило їх рекомбінаційне походження при персистенції в клітинах спільного господаря. Полівалентність нового вірулентного бактеріофага F44 (морфотип С1) дозволяє використовувати його для одержання різних мутантів у фітопатогенних ервіній. Молекули ліпополісахариду клітинної оболонки ервіній виступають рецепторами як макромолекулярних каротоворіцинів, так і фагів. Фагостійкість у E.carotovora зумовлена обмеженням адсорбції, забороною розвитку фагів внутріклітинною системою рестрикції і обмеженням гетероімунними помірними фагами.

Встановлено, що 30% штамів E.carotovora несуть позахромосомну ДНК. Виявлені плазміди не визначають стійкості до антибіотиків, синтезу бактеріоцинів та пектолітичних ферментів, не причетні до популяційної дисоціації даних бактерій і віднесені до криптичних.

Ключові слова. Erwinia carotovora, дефектна і справжня лізогенія, полілізогенія, помірні і вірулентні бактеріофаги, бактеріоцини, плазміди.

1. При SOS-індукції клітин E.carotovora утворюється два види бактеріоцинів – коліциноподібні та макромолекулярні каротоворіцини. Бактеріоциногенність на рівні макромолекулярних каротоворіцинів відображає міжштамовий антагонізм у природних популяціях пектолітичних фітопатогенних ервіній.

2. Присутність макромолекулярних бактеріоцинів – стала видова ознака E.carotovora. Макромолекулярні каротоворіцини поширені серед штамів пектолітичних ервіній, які заселяють різноманітні рослини в різних країнах та різних географічних регіонах.

3. Штами E. carotovora існують в природі як дефектно-полілізогенні системи, біологічним проявом яких є бактеріоциногенність. Носіями останньої виступають макромолекулярні каротоворіцини типу фагових хвостових відростків. При SOS- індукції клітини штамів E. carotovora різного походження утворюють три типи надмолекулярних структур фагової природи: базальні пластинки з середнім діаметром 47 нм, головки різної величини (19 – 98 нм) і хвостові відростки, лінійні розміри яких складають 128 – 192 х 13,4 – 21,6 нм. За кілерну активність щодо чутливих штамів відповідають лише скоротливі хвостові відростки дефектних фагів.

4. Після спонтанного руйнування скоротливих хвостових відростків дефектних фагів E. carotovora in vitro відбувається самообумовлений синтез нових надмолекулярних структур – порожніх футлярів і поліфутлярів, які збираються в центрах самоорганізації. Центри самоорганізації (полімеризації) - унікальні структурно-функціональні утвори діаметром від 30 до 60 нм. Самоорганізація каротоворіцинів відноситься до морфопоезу низького порядку і відображає основні етапи самозбирання елементарних біологічних структур in vitro.

5. Бактеріофаг ZF40 здатний формувати справжню лізогенію у E.carotovora. Цей помірний фаг має геном з липкими кінцями, розмір якого становить 45,8 тпн. За морфолого-структурною організацією бактеріофаг віднесено до морфотипу А1, родини Mioviridae, порядку Сaudovirales; капсид фага ZF40 має діаметр 58,3 нм. Унікальна структурна організація скоротливого футляра відростка віріона, а також незначна довжина відростка (86,3 нм) дозволяють віднести цей фаг до нового виду ентеробактеріальних вірусів.

6. Незвичайна природна стійкість E.carotovora до літичної дії екзогенних бактеріофагів лежить в площині дефектно-полілізогенного стану цих фітопатогенів. Її причини полягають в обмеженні розвитку фагів на рівні гомоімунних профагів, а також пов’язані з утрудненою адсорбцією фагових часток до поверхневих клітинних рецепторів. Крім цього, розвиток фагів обмежується дією різноманітних внутріклітинних систем рестрикції-модифікації.

7. Рецепторами для макромолекулярних каротоворіцинів і помірного бактеріофага ZF40 виступає О-ланцюг ліпополісахариду (ЛПС) зовнішньої клітинної оболонки E.carotovora. У бактерій роду Erwinia молекули ЛПС мають рецепторні ділянки для фагів 49, 59 і F44, а також для коліфагів Т2 і Т4.

8. Гетероімунні ервініафаги 49 і 59 – споріднені помірні бактеріофаги аміловороподібних фітопатогенних бактерій Erwinia horticola. Їх походження пов’язане з горизонтальним обміном генетичних модулів фагових геномів, які відповідають за синтез регуляторних і структурних білків віріона.

9. Бактеріофаг F44, який відноситься до родини Podoviridae, здатний викликати продуктивну інфекцію у багатьох лабораторних штамів Escherichia coli, фітопатогенних бактерій E.carotovora, E.horticola, E.herbicola, E.chrysanthemi і деяких представників Pseudomonas spp. Полівалентність фага F44 дозволяє використовувати його як зручний генетичний інструмент для отримання відповідних мутантів у важливих фітопатогенних бактерій.

10. Не менше 30% природних штамів фітопатогенних пектолітичних ервіній (16 із 52 досліджених) несуть позахромосомну ДНК різного розміру – від 2,5 до 129 тпн. Криптичні плазміди зустрічаються частіше у E.carotovora subsp.atroseptica ніж у E.carotovora subsp. carotovora; в останніх відмічається множинний вміст плазмід. Плазміди не детермінують стійкості до антибіотиків, синтезу CCTV, MCTV і пектолітичних ферментів та не причетні до популяційної дисоціації E.carotovora.

Публікації автора:

1. Товкач Ф.И. Самосборка надмолекулярных структур in vitro после спонтанного разрушения каротоворицинов//Микробиология. - 2002.- Т.71, №4.- С. 467 – 474.

2. Товкач Ф.И. Дефектная лизогения rwinia carotovora//Микробиология.- 2002.- Т.71, №3. - С. 359 – 367.

3. Товкач Ф.И. Лизогенное состояние фитопатогенных бактерий rwinia carotovora//Доповіді НАН України. - 2002.- № 7. - С. 170 – 173.

4. Товкач Ф.И. Молекулярно-биологические свойства вирулентного бактериофага FE44//Доповіді НАН України. - 2002.- № 6. - С. 175 – 178.

5. Товкач Ф.И. Структурная организация частиц и рестрикционный анализ ДНК умеренного бактериофага ZF40 rwinia carotovora//Микробиология. - 2002. Т.71, №1. - С. 75 – 81.

6. Товкач Ф.И. Изучение фагоустойчивости с помощью умеренного бактериофага ZF40//Микробиология.- 2002.- Т.71, №1. - С. 82 – 88.

7. Товкач Ф.И. Выделение и предварительная характеристика криптических плазмид rwinia carotovora//Микробиология. - 2001.- Т.70, №6. - С. 804 – 810.

8. Товкач Ф.И. Биологические свойства и классификация бактериоцинов Erwinia carotovora//Микробиология. - 1998. - Т.67, № 6. - С. 767 – 774.

9. Товкач Ф.И. Соотношение между лизирующей активностью макромолекулярных каротоворицинов и бактериоциночувствительностью у Erwinia carotovora//Микробиология.- 1998. - Т. 66, № 6. - С. 775 – 781.

10. Товкач Ф.И. Новый вирулентный бактериофаг, репродуцирующийся в штаммах Erwinia horticola и Escherichia coli // Микробиол. журн. -1994. - Т. 56, №5. - С. 107.

11. Горб Т.Е., Товкач Ф.И. Способ горизонтальной передачи плазмид у rwinia carotovora//Микрбиол. журн. - 2002. - Т.64, №3. - С.20 – 26.

12. Товкач Ф.И., Шевченко Т.В., Горб Т.Е., Муквич Н.С., Романюк Л.В. Сравнительное изучение умеренных ервиниофагов 49 и 59//Микрбиол. журн. - 2002. - Т.64, №2. - С. 65 – 81.

13. Товкач Ф.И., Товкач А.Ф., Мороз С.Н. Изучение популяционной диссоциации музейних культур rwinia carotovora// Микрбиол. журн. - 2002. - Т.64, №1. – С. 11 – 19.

14. Товкач Ф.И., Мороз С.Н., Гвоздяк Р.И. Изучение адсорбционных рецепторов макромолекулярных бактериоцинов Erwinia carotovora subsp. сarotovora // Мікробіол. журн. - 2001. - Т. 63, № 1. - С. 23 – 33.

15. Товкач Ф.І., Мороз С.М., Гвоздяк Р.І. Природа адсорбційних рецепторів для макромолекулярних каротовороцинів //Доповіді НАН України. -2001.- № 7. - С. 159 – 164.

16. Товкач Ф.И., Горб Т.Е. Использование бактериофага F44 для поиска внегенных супрессоров у Erwinia horticola // Биополимеры и клетка. - 2000. - Т.16, № 2. - С. 64 –68.

17. Горб Т.Е., Товкач Ф.И. Типирование фитопатогенных штаммов Erwinia carotovora на основе пектолитической активности и чувствительности к бактериоцинам (каротоворицинам)//Микробиология. - 1997. - Т.66, № 6. - С.823– 828.

18. Яговдик М.В., Товкач Ф.И. Конструирование супрессорных штаммов Erwinia horticola 450 с целью получения амбер-мутантов фага 59//Микробиол. журн. - 1994. - Т.56, №5. - С.111.

19. Шевченко Т.В., Кишко Я.Г., Товкач Ф.И. Изучение термической инактивации умеренных бактериофагов 59 и 49 Erwinia carotovora//Микробиол. журн. - 1993. - Т.55, №2. - С. 58 –63.

20. Товкач Ф.И., Ромась И.И., Рубан В.И., Кишко Я.Г. Природа прикрепительных рецепторов умеренных фагов 49 и 59 Erwinia carotovora// Микробиол. журн. -1993.- Т.55, № 6.- С. 36 – 41.

21. Григорян Ю.А., Товкач Ф.И., Данилейченко В.В., Кишко Я.Г. Рестрикционная карта ДНК умеренного фага Е105 полилизогенной культуры Erwinia carotovora 268 //Мол. генет. микробиология и вирусология. - 1988. - №3.- С. 24 – 27.

22. Товкач Ф.И., Григорян Ю.А., Рубан В.И., Данилейченко В.В., Кишко Я.Г. Рестрикционная карта пермутированной ДНК умеренного бактериофага 59 Erwinia carotovora//Мол. генет. микробиология и вирусология. - 1988. - №1. - С. 20 – 24.

23. Товкач Ф.І., Воцелко С.К., Бондарчук А.О. Визначення молекулярної ваги білкових фракцій ферментного препарату Bacillus mesentericus 316 M //Мікробіол журн. - 1977. - Т.39, № 4. - С. 504.

24. Товкач Ф.И. Популяционная гетерогенность коллекционных штаммов Erwinia carotovora subsp.carotovora и ее связь с фаговой лизогенной конверсией// Материалы международной конференции”Микробиология и биотехнология XXI столетия“. – Минск, 2002. - С.103 –104.

25. Товкач Ф.И., Григорян Ю.А., Рубан В.И., Кишко Я.Г. Фаг-фаговые взаимоотношения в лизогенной клетке эрвиний//Фитонциды. Бактериальные болезни растений, ч. II. - Киев-Львов, 1990. - С. 42.

26. Кишко Я.Г., Товкач Ф.И., Рубан В.И., Дидык О.А., Яговдик М.В. Молекулярно-генетические свойства умеренного бактериофага 59 Erwinia carotovora// Микробиологические и биотехнологические основы интенсификации растениеводства и кормопроизводства. - Алма-Ата, 1990. - С. 44.

27. Товкач Ф.И., Шевченко Т.В. Получение и предварительная характеристика st-мутантов умеренного бактериофага 49//Там же. - С. 114.

28. Kishko Ya.G., Tovkach F.I., Ruban V.I., Danileichenko V.V. Structural study of Erwinia carotovora temperate phages//Molecular organization of biological structures.- Moscow. 1989. - P. 95.

29. Grigoryan Yu.A., Kishko Ya.G., Danileichenko V.V., Ruban V.I., Tovkach F.I. Structure of temperate bacteriophage E105 of Erwinia carotovora//Ibid. - P. 96.

30. Kishko Ya.G., Tovkach F.I., Grigoryan Yu.A., Ruban V.I., Danileichenko V.V. Electron microscopic study of the fine DNA-structure of Erwinia phage 59 and transposone-like element//12 Tagung Elektronmikroskopie. – Dresden, 1988. - P.201 – 202.

31. Kishko Ya.G., Grigoryan Yu.A., Tovkach F.I., Ruban V.I. Restriction maps of temperate phages 59 and E105//10^th Congress of the Hungarian society of microbiology 26-29 Аugust 1987. - Szeged, 1987. - P. 21.

32. Кишко Я.Г., Рубан В.И., Товкач Ф.И., Григорян Ю.А., Данилейченко В.В. Особенности лизогенной индукции дефектно-полилизогенной культуры E. carotovora//Материалы VI съезда УМО. – Донецк: Наукова думка. 1984. Ч. 2. – С. 164.

33. Товкач Ф.И., Григорян Ю.А., Данилейченко В.В. Полилизогения и умеренные фаги E. carotovora 268//Там же. - С. 170.

34. Товкач Ф.И., Рубан В.И., Кишко Я.Г. Рестрикционный анализ ДНК фага 59 Erwinia carotovora 268 // Материалы Всесоюзного симпозиума, посвященного 60-летию Тбилисского НИИВС. - Тбилиси, 1984. - С. 157 – 159.

35. Кишко Я.Г., Рубан В.И., Григорян Ю.А., Товкач Ф.И. Особенности лизогении и вирус-вирусные взаимоотношения культуры Erwinia carotovora 268// Там же. - С. 47 – 50.